Reconnexion Magnétique dans l’Environnement Spatial Terrestre : Mécanismes de Conversion d’Énergie et Formation des Événements de Transfert de Flux

Soutenance de thèse de Souhail Dahani (Salle de Conférence IRAP)

Résumé de la thèse :

L’interaction du vent solaire avec la magnétosphère est gouvernée par la physique des plasmas. Le vent solaire est éjecté en continu et transporte avec lui le Champ Magnétique Interplanétaire (IMF) vers la Terre. Cette interaction façonne l’environnement plasma proche de la Terre. La reconnexion magnétique à la magnétopause est une conséquence clé, convertissant l’énergie électromagnétique en énergies cinétique et thermique. Les Événements de Transfert de Flux (FTE), phénomènes transitoires à la magnétopause, sont un résultat de la reconnexion. Ce travail est divisé en deux parties. La première se concentre sur la formation des FTE, tandis que la seconde se concentre sur la conversion d’énergie dans la reconnexion magnétique.

Concernant les FTE, bien qu’il soit connu que ceux-ci sont générés par la reconnexion magnétique, les détails des processus en jeu restent mal compris. Une étude récente a montré que le signe de l’hélicité des FTE est positivement corrélé avec la composante By de l’IMF. Avec les données des missions Cluster et MMS, j’ai réalisé une étude statistique des FTE. Je me suis concentré sur le signe de leur hélicité et leur possible association avec les conditions du vent solaire en amont et les propriétés locales de la reconnexion magnétique. En utilisant à la fois des données in situ et une modélisation du cisaillement magnétique, il a été constaté que les FTE dont le signe d’hélicité correspond à l’IMF By sont associés à des cisaillements magnétiques modérés, tandis que ceux qui ne correspondent pas à l’IMF By sont associés à des cisaillements magnétiques plus élevés. Bien que l’incertitude dans la propagation de l’IMF à la magnétopause puisse conduire à une incertitude dans la détermination du champ magnétique de la corde de flux et de son hélicité, ce travail propose plutôt que pour un petit IMF By, qui correspond à un fort cisaillement et un faible champ guide, le champ magnétique de Hall de la reconnexion magnétique détermine le champ magnétique dans le FTE, et le signe de son hélicité. Dans ce contexte, j’explique comment la séquence temporelle de formation de lignes de reconnexion multiples et le taux de reconnexion sont importants pour déterminer le signe de l’hélicité de la corde de flux.

Dans la deuxième étude, je me concentre sur les principaux termes affectant les changements d’énergie cinétique. Il s’agit des termes liés au gradient de pression et des termes électromagnétiques. Les premiers rendent compte de l’accélération/décélération du plasma à partir d’un gradient de pression, tandis que les seconds le font à partir d’un champ électrique. Bien que des écarts spatiaux et temporels limités soient attendus, un équilibre statistique entre ces termes est fondamental pour assurer la conservation globale de l’énergie et de la quantité de mouvement. J’utilise des observations in situ de la mission MMS pour étudier la relation entre ces termes. Je réalise une analyse statistique de ces paramètres dans le contexte de la reconnexion magnétique en me concentrant sur les EDR à petite échelle et les FTE à grande échelle. L’analyse révèle une corrélation entre les deux termes dans l’équilibre des forces monofluide, et dans l’équilibre des forces et de l’énergie ionique. Cependant, la relation attendue ne peut pas être vérifiée à partir des mesures électroniques. Généralement, les termes liés au gradient de pression sont plus petits que leurs homologues électromagnétiques. J’effectue une analyse d’erreur pour quantifier la sous-estimation attendue des valeurs de gradient en fonction de la séparation des satellites par rapport à l’échelle du gradient. Ces résultats soulignent que MMS est capable d’estimer l’équilibre énergétique et des forces pour le fluide ionique, mais qu’il faut être prudent pour les termes de conversion d’énergie basés sur les gradients de pression électronique.

Composition du jury de thèse :

• Matteo Faganello, Rapporteur, Aix-Marseille Université
• Olivier Le Contel, Rapporteur, LPP-CNRS-Sorbonne Université
• Sergio Toledo-Redondo, Examinateur, University of Murcia
• Aurélie Marchaudon, Examinatrice, IRAP-CNRS-Université Toulouse III Paul Sabatier
• Vincent Génot, Directeur de thèse, IRAP-CNRS-Université Toulouse III Paul Sabatier
• Benoît Lavraud, Directeur de thèse, LAB-CNRS-Univ. Bordeaux